音频线、视频线、屏蔽线和同轴电缆的关系

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音频线、视频线、屏蔽线与同轴电缆的关系我们经常接触到的信号按频率分为音频(几十K以下)、视频(百兆以下)、和射频(就是无线电发射频率的简称),严格地讲,中波广播用的540K及以上频率都可称为射频,电视发射用的射频频率为50M以上。视频在生活中应用最多,影碟、电视、电脑显示器这些都要用,视频频率是从0到某一个值的范围,我们把它换为“带宽”,带宽与“分辨率”和“清晰度”相关,例如VCD机清晰度低,它的视频带宽只有5M;CRT显示器可以支持1280x1024的高清晰度(注意该清晰度与LCD显示器相比还差得远!),它的带宽可以达到上百兆。音响设备之间连接的信号线,一般要求是:不能受噪音信号干扰,传输尽量无衰减,传输过程对信号不能产生大的频率失真和相位失真(也就是尽量保持信号不变形,这一点对彩色电视信号影响非常大,尤其是NTSC格式的彩色视频信号,少量的相位失真就会导致颜色异常!)。为此,传输不同的信号就要用到不同的信号线,下面分别从屏蔽线与同轴线说起。对音频信号而言,频率只有几十KHz,那么几米长的传输线都可以等效为长度为“零”,导线的分布参数、特征阻抗都可以忽略,最主要的性能要求是屏蔽电磁干扰,防止在线路上感应到电磁噪声。在一条芯线的外围,连续用细铜线缠绕或套上金属编织网作为屏蔽层(屏蔽层与信号设备的地线相连),这种信号线就是“屏蔽线”,如下图所示:屏蔽线并不要求芯线与屏蔽层是同轴关系,甚至圆的扁的都没关系,核心要点是芯线被屏蔽层完全“封闭”。市面上有些伪劣音频线并没有使用“屏蔽线”,其实就是两根线封装在一起,这种线对电磁干扰完全没有屏蔽作用,试验方法是:将信号输出设备(例如CD机)连接音频左或音频右的那一端悬空,接收信号的一端如功放机保持连接,这时音响功放机或电视机的AV输入口(注:AV输入口通常是一组三根线,一个视频和两个音频)的音频口由于插上这样一条悬空状态的线,就可能从该线引入了噪音,噪音明显的话,这条线就是伪劣产品。如果插上的是一条正规的信号线,并不会引入明显的噪音,就像没插时几乎无变化。上述试验强调要把CD机那一端音频输出口悬空,只保留电视机这一端然后听噪音,还要注意电视机AV接口上的视频线不要拔,虽然我们只用听噪音的办法来试验,但是如果视频信号没了大多电视会自动静音,什么都听不到了!上述试验中,为什么CD机上音频口插上后,不论是否播放影碟,电视里听到的噪音都很小(与CD端悬空状态对比)?这是因为CD机输出口的“内阻”也能抑制信号线上感应的噪音,如果CD机够好的话,音频线的真假,影响反而并不大!上面讲过,视频信号比音频信号的频率范围(即带宽)要大很多,传输用的信号线长度在半米以上就可能对信号质量产生明显的影响。症状一般是三种:图像清晰度下降变模糊(高频衰减引起);颜色异常(相位失真引起),噪点(干扰噪声引起),电磁干扰可以用屏蔽线的办法解决,但频率和相位失真就只能靠同轴电缆了。同轴电缆结构与上述屏蔽线有些相似,里面芯线,外围是金属编织网(可以双层或叠加铝箔等),这更强调了同心结构,芯线是圆的,直径为r,芯线外围是同心的绝缘层,绝缘层外紧紧包围屏蔽层,屏蔽层的内径也就是绝缘层的外径为R,R与r之比决定了该同轴线的阻抗,常见的同轴线分为75欧和50欧两种。有线电视一般用75欧,这是当年为了更好地与电视接收天线匹配;无线电台等一般用50欧,该型号同轴线最适合传输大功率射频信号。与屏蔽线相比,同轴电缆只要输入和输出两端都能与设备的阻抗能够匹配,就不会存在信号的反射以及反射引起的衰减和相位失真,频率衰减也可以做到足够小(频率衰减特性是同轴电缆的一个重要考核指标!),因此如果不计成本,同轴线代替普通屏蔽线传输音频信号也没有问题。反之,对于频率比音频高得多的视频和射频信号来说,用普通屏蔽线传输就会对信号质量产生严重的影响(除非线的长度非常短可以忽略不计)。尽管有了同轴线,但对于越来越高的清晰度要求,同轴线的高频性能也往往不够用,例如,前几年所有的CRT显示器和大多LCD显示器都配有VGA接口,这个VGA信号电缆里面用了三根同轴线分别传送红绿蓝信号,另外还有两根线传送行、场同步信号,这种VGA接口当工作在1920x1280的高分辨率时,图像清晰度与数字方式的DVI接口相比有明显差距,如果VGA电缆(主要是内部的3根同轴电缆)质量差的话,图像质量损失就更大了。上面提到的音频、视频信号都是“模拟信号”,也就是说信号电压是一种连续的波形信号,模拟信号是最简单、最原始、最通用的一种形式,它的弱点主要是抗干扰差和不适合计算机处理,所以目前广泛使用了数字信号传输。但数字信号传输时同样面临噪声干扰、衰减和失真这些问题,依然不能脱离屏蔽线、同轴线这些基本的传输线理论。当前数字系统内部互连,例如电脑主机与LCD显示器之间,更多的传输并不是使用同轴线而是双绞线,就是使用一对线的“差分”电压进行信号识别,当然为了达到更好的性能,可以同时启用很多“对”而不限于一对。这种传输方式最适合传输数字信号,也就是信号电压就分两种情况,不是代表“0”就是代表“1”,只要能分辨出来就行,不存在“失真度”的问题,当然如果识别错了,称之为“误码”,误码率是数字传输的一个重要指标,它不仅依靠传输线的质量来保证,更要靠数字调制和数字编码方案来保证。

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